En plus d'une économie d'énergie directe, le commutateur ne nécessite aucun refroidissement et fonctionne à 1 100 milliards d'opérations par seconde, il est entre 1,000 et XNUMX XNUMX fois plus rapide que les transistors commerciaux actuels.
L'appareil s'appuie sur deux lasers pour régler son état sur « 0 » ou « 1 » et pour basculer entre eux. Un faisceau laser de contrôle très faible est utilisé pour activer ou désactiver un autre faisceau laser plus lumineux. Il ne prend que quelques photons dans le faisceau de contrôle, d'où la grande efficacité de l'appareil.
La commutation se produit à l'intérieur d'une microcavité - un polymère semi-conducteur organique mince de 35 nanomètres pris en sandwich entre des structures inorganiques hautement réfléchissantes. La microcavité est construite de manière à garder la lumière entrante piégée à l'intérieur le plus longtemps possible pour favoriser son couplage avec le matériau de la cavité.
Ce couplage lumière-matière constitue la base du nouveau dispositif. Lorsque les photons se couplent fortement à des paires électron-trou liées - alias excitons - dans le matériau de la cavité, cela donne naissance à des entités à courte durée de vie appelées excitons-polaritons, qui sont une sorte de quasi-particules au cœur du fonctionnement du commutateur.
Lorsque le laser de pompe - le plus brillant des deux - brille sur l'interrupteur, cela crée des milliers de quasiparticules identiques au même endroit, formant ce que l'on appelle le condensat de Bose-Einstein, qui code les états logiques « 0 » et « 1 » de le dispositif.
Pour basculer entre les deux niveaux de l'appareil, l'équipe a utilisé une impulsion laser de contrôle en envoyant le condensat peu de temps avant l'arrivée de l'impulsion laser de pompe. En conséquence, il stimule la conversion d'énergie du laser de pompe, augmentant la quantité de quasi-particules dans le condensat. La quantité élevée de particules qu'il contient correspond à l'état « 1 » de l'appareil.
Les chercheurs ont utilisé plusieurs réglages pour garantir une faible consommation d'énergie : Premièrement, une commutation efficace a été facilitée par les vibrations des molécules du polymère semi-conducteur.
L'astuce consistait à faire correspondre l'écart énergétique entre les états pompés et l'état de condensat à l'énergie d'une vibration moléculaire particulière dans le polymère.
Deuxièmement, l'équipe a réussi à trouver la longueur d'onde optimale pour régler son laser et a mis en œuvre un nouveau schéma de mesure permettant la détection de condensat en une seule fois.
Troisièmement, le laser de contrôle amorçant le condensat et son schéma de détection ont été adaptés de manière à supprimer le bruit de l'émission « de fond » de l'appareil.
Ces mesures maximisaient le niveau signal sur bruit de l'appareil et empêchaient un excès d'énergie d'être absorbé par la microcavité, qui ne servirait qu'à la réchauffer par des vibrations moléculaires.